低浓度瓦斯钻孔裂隙封堵及检测提浓技术的应用效果

2021-03-07岳汉

现代矿业 2021年1期

岳汉

(潞安集团余吾煤业有限责任公司)

1 应用背景

针对钻孔抽采瓦斯过程中，瓦斯浓度和纯流量大幅度降低的技术难题，余吾煤业公司与中国矿业大学合作，于2015年在N1205回顺试验了固体颗粒二次封孔技术，即是将由多种微细粉料组成的固相颗粒释放到裂隙中，产生封堵效应，使钻孔内的漏气量减少，但在现场施工过程中发现，固体颗粒较难进入孔壁裂隙，技术收效甚微；2018年矿方与华北科技学院合作，在S3102胶顺等地试验小直径钻孔二次注浆封孔技术，虽然取得一定应用效果，但顺层钻孔在二次应力影响下，钻孔周围煤体破碎严重、裂隙发育，二次封孔难度较大，且在未弄清钻孔裂隙发育机制和漏气路径的情况下，盲目地在抽采钻孔周围施工小直径注浆钻孔，注浆孔位置、深度等参数较难把握，导致浆液难以对所有漏气裂隙进行封堵，技术效果不稳定，难以全面推广应用。鉴于此，该矿开发了钻孔漏气检测及孔内二次注浆提浓技术，并研发了成套技术装备[1]。

2 技术原理

注浆堵漏的基本原理就是将浆液通过注浆专用设备，再注入具有煤壁裂隙的钻孔当中，随着浆液的流动，会对产生的裂隙(缝)进行填充，浆液会随着时间的推移发生凝固，从而对裂隙(缝)进行弥补，这就起到了注浆堵漏的作用，从而提高瓦斯抽采浓度[2]。

孔内二次注浆装置，不仅能够进行注浆堵漏，还兼具钻孔漏气检测功能。如图1所示，将本装置放入钻孔内，穿过封孔段16 m抽采管后，通过内管逐步检测孔内16～20 m区域不用深度处瓦斯抽采浓度(通过孔口三通与抽采管相连，保持钻孔抽采状态)，得出钻孔具体漏气区域，从而确定钻孔需要封堵的具体位置与长度。

图1 钻孔漏气检测原理

如图2所示，将该装置的里气囊深入孔内合适位置，使得探测的漏气区域位于两布囊之间，通过向气囊内注气使其膨胀开，外端气囊封堵住瓦斯抽采管端部，里端气囊封堵住钻孔，2个气囊以及之间的煤壁形成一个封堵区域，再向封堵区进行带压注浆，浆液充满封堵区后再挤进钻孔煤壁裂隙，实现漏气区的封堵。

图2 瓦斯抽采装置

3 试验装置

孔内二次注浆装置主要由4个部分组成，分别为囊袋短接、封孔段注浆短接、注浆连接管、孔口三通装置。为了实现囊袋、注浆段单独充气与注浆，装置采用内外管同心结构，其中外管外径45 mm，壁厚3.5 mm，内径38 mm；内管外径28 mm，壁厚7 mm，内径14 mm，管子尺寸既具有良好的穿封孔管能力，又能够满足外管充气，内管注浆要求。此外，管的两端采用螺纹连接，并加装“O”型密封圈，确保了装置的气密性[3-4]。试验装置见图3～图5所示。

图3 囊袋短接实物(第二代)

图4 孔口三通装置实物(第二代)

图5 封孔段注浆短接、注浆连接管装置实物(第二代)

4 试验概况

以S5101胶顺为试验地点，选择低浓钻孔相对较多的129#～200#钻孔为试验区域。试验开始前对该区域的钻孔漏气位置进行系统检测，以便找到该区域的普遍漏气位置，进而确定最短二次封孔深度，具体选择139#、144#、151#、153#、164#等17个钻孔为试验孔，对其中6个钻孔漏气位置进行检测，并对17个低浓钻孔进行二次注浆。

5 试验效果

根据图6二次注浆前后钻孔单孔浓度变化对比得知，孔内二次封孔注浆工艺，不仅能够在一定程度上提升了注浆孔的抽采浓度，还能对注浆钻孔附近相互影响的邻近抽采钻孔浓度具有提升作用。如173#钻孔注浆后，钻孔浓度由1.2%提升到78.2%，其附近的171#、172#、174#钻孔浓度也大幅度提升。

孔内二次注浆工艺在处理串孔钻孔低浓问题上还需进行系统分析与区域集中处理，如179-1#与180#钻孔相互串孔，试验过程中前期仅对179-1#孔进行孔内二次注浆，但注浆后2个钻孔仍相互串孔，钻孔浓度未得到提升，可能原因为180#孔也存在煤墙漏气；此外194-1#、195#、195-1#也存在相互串孔情况，鉴于此，拟在后期继续对180#钻孔、195#钻孔进行孔内二次注浆提浓，进而观测钻孔浓度变化[5](图6)。